Lastaj Developmantoj en la Tendenco de Alta-Voltaĝa Ĉirkuitchioĉilo Bazitaj sur SF₆-Analogaj Gasoj
1. Enkonduko
SF₆ estas vaste uzata en elektraj transdon- kaj distribusistemoj, ekzemple en gazizolitaj kommutiloj (GIS), ĉirkaŭbrekiloj (CB) kaj mezvoltaĝaj (MV) ŝarĝoswitches. Ĝi posedas unikajn elektrajn izoladajn kaj arkstingajn kapablojn. Tamen, SF₆ ankaŭ estas potenca varthouse gaso, kun globala varmigpotencialo de proksimume 23,500 dum centjarperiodo, kaj do ĝia uzo estas regulata kaj subjekta al daŭraj diskutoj pri limigoj. Konsekvence, esploro pri alternativaj gazoj por energiuzeblaj aplikoj estas farita dum proksimume du dekajroj.
La "Club Zéro" (CZC), kunlaborante kun CIGRE, lastatempe lanĉis iniciaton por aserti la nunan staton de arte de alternativaj gazoj por kommutilaj aplikoj. Sondado estis farita por kolekti ĉiujn disponeblajn recentajn literaturon pri tiu temo. La rezultoj estis prezentitaj kaj diskutitaj dum komuna sesio dum la CIGRE Sesio en 2016. Ĉi tiu artikolo prezentas la ĉefajn eltrovojn de tiu sondado. Kiel vakuumkommutila teknologio konstituas apartan daŭran aktivon, ĝi ne estos traktita en ĉi tiu revizio.
2. Alternativaj Gazoj
Post la akcepto de la Kioto-Protokolo en 1997, esploro pri alternativaj gazoj intensiĝis kaj plu pligrandiĝis dum la pasinta dekjarperiodo. Klavaj postuloj por alternativaj gazoj estas identigitaj kiel: malalta globala varmigpotencialo (GWP), nula ozono-destruopotentalo (ODP), mala toksikeco, neflamigebleco, alta dielektra forto, alta arkstinga kaj calor-dispersa kapablo, kemika stabileco, materiala kompatibileco, kaj merkatada disponeblo.
Inter diversaj nature fontitaj gazoj esploritaj, CO₂ pruvis sin kiel la plej promesa arkstinga gaso, kun sia efektiveco eble plibonigita per aldonoj kiel O₂ aŭ CF₄. Tamen, studoj montras ke ambaŭ la interrompa kaj izolada performanco de CO₂ estas malpli bonaj ol tiuj de SF₆. Aliaj interesaj kandidatoj estas identigitaj inter fluorigitaj gazoj, kiel CF₃I, hidrofluoroolefinoj (HFO-1234ze kaj HFO-1234yf), perfektfluorketonoj (ekz., C₅F₁₀O), perfektfluornitriloj (C₄F₇N), fluorigitaj eteroj (HFE-245cb2), fluorigitaj epoksidoj, kaj hidroklorfluoroolefinoj (HCFO-1233zd).
Konsiderante ĉiujn postulojn, la plej promesaj aktuale kandidatoj estas C₅ perfektfluorketono (CF₃C(O)CF(CF₃)₂ aŭ C₅-PFK) kaj iso-C₄ perfektfluornitrilo ((CF₃)₂CF-CN aŭ C₄-PFN). Por puraj gazoj, la dielektra performanco estas proporcia al bolipunkto—t.e., gazoj kun alta dielektra forto kutime ankaŭ havas altan bolpunkton. Je 0,1 MPa, la bolpunktoj de C₅-PFK kaj C₄-PFN estas 26,5°C kaj –4,7°C respektive. Do, por kommutila equipo bezonanta sufiĉe malaltan bolpunkton por kontentigi operacian demandon je malvarmaj temperaturoj, bufergazoj devas esti aldonitaj. Pro sia bona arkstinga kapablo, CO₂ estas elektita kiel bufergazo en alta-volta apliko. En mezvolta apliko, aero ankaŭ estas raportita kiel bufergazo uzata kun C₅-PFK por izoladcelo.
3. Ecoj de Puraj Gazoj kaj Gazamiksoj
Tabelo 1 prezentas ecojn de selektitaj alternativaj gazoj relative al SF₆. La GWPs de tiuj gazoj variiĝas signife: C₄-PFN montras multe pli altan GWP ol CO₂ aŭ C₅-PFK, kiuj ambaŭ havas GWPs proksimume 1. Ĉiuj interesaj kandidatgazoj estas neflamigaj, havas nulan ODP, kaj estas raportitaj kiel netoksikaj laŭ teknikaj kaj sekurec-datenoj provizitaj de kemikaj prodontantoj. La dielektra forto de pura C₄-PFN kaj C₅-PFK estas preskaŭ dufoje tiu de SF₆. La dielektra resistvoltage de CO₂ estas komparebla al tio de aero—t.e., signife pli malalta ol tiu de SF₆.
Tabelo 1: Komparo de Ecoj de Puraj Gazoj kun SF₆
| Gas | CAS Number | Boiling Point / °C | GWP | ODP | Flammability | Toxicity LC50(4h) ppmv | Toxicity TWA ppmv | Dielectric Strength / pu at 0.1 MPa |
| SF₆ | 2551-62-4 | -64 | 23500 | 0 | No | - | 1000 | 1 |
| CO₂ | 124-38-9 | -78.5 | 1 | 0 | No | >300000 | 5000 | ≈0.3 |
| C5-PFK | 756-12-7 | 26.5 | <1 | 0 | No | ≈20000 | 225 | ≈2 |
| C4-PFN | 42532-60-5 | -4.7 | 2100 | 0 | No | 12000…15000 | 65 | ≈2 |
Tabelo 2 montras la karakterojn de gastoj kaj gasmezuroj kiam ili estas uzitaj en komutiloj. La koncentroj de C₄-PFN kaj C₅-PFK en mezuroj kun tampogastoj estas donitaj en la dua kolono, tipe sub 13% (mola koncentro). Notu, ke por la uzo de C₅-PFK en CO₂, ankaŭ estis raportitaj oksigenaj aldonoj, ĉar la prezenco de oksigeno povas redukti la formiĝon de dangeraj sekundaraĵoj (kiel CO) kaj solidaj sekundaraĵoj (kiel fumo).
Tabelo 2: Karakteroj/efektiveco de puraj gastoj kaj gasmezuroj en aplikaĵoj de mez- kaj altvolaĝaj komutiloj
| Gas | Concentration | Minimum Pressure / MPa | Minimum Temperature / °C | GWP | Dielectric Strength | Toxicity LC50 ppmv |
| SF₆ | - | 0.43…0.6 | -41…-31 | 23500 | 0.86…1 | - |
| CO₂ | - | 0.6…1 | ≤-48 | 1 |
0.4…0.7 | >3e5 |
| CO₂/C5-PFK/O₂ (HV) | ≈6/12 | 0.7 | -5…+5 | 1 | ≈0.86 | >2e5 |
| CO₂/C4-PFN(HV) | ≈4…6 | 0.67…0.88 | -25…-10 | 327…690 | 0.87…0.96 | >1e5 |
| Air/C5-PFK(MV) | ≈7…13 | 0.13 | -25…-15 | 0.6 | ≈0.85 | 1e5 |
Pro tio, ke la dielektraj rezistvolaĵoj de la miksaĵoj estas pli malaltaj ol tiu de SF₆ je la sama premo (Kolono 6), la minimuma operacia premo por C₅-PFK kaj C₄-PFN kun CO₂ kiel tampona gaso en alta-voltaj aplikoj devas esti pligrandigita al ĉirkaŭ 0,7–0,8 MPa. Por mezvoltaj aplikoj uzantaj aer/C₅-PFK-miksaĵojn, oni povas daŭrigi premon de 0,13 MPa, atingante dielektran reziston proksiman al tiu de SF₆.
La alta dielektra rezisto atingita per relativaj malaltaj kombinado-proporcioj de C₄-PFN aŭ C₅-PFK povas esti klarigita per sinergetika efekto—t.e., la dielektra forto pliiĝas ne-linearly kun la aldona koncentro, fenomeno antaŭe observita en SF₆/N₂-miksaĵoj. La GWP de C₅-PFK-miksaĵoj estas neglektebla, sed tio venas je la kostoj de pli alta minimuma operacia temperaturo. Malvarmaj aplikoj (ekz., –25°C) povas esti traktitaj uzante aŭ puran CO₂ aŭ CO₂ + C₄-PFN-miksaĵojn, kvankam kun kompromisoj: signife malsuprenirinta dielektra rezisto en la okazo de pura CO₂, aŭ substanciale pli alta GWP kiam uzi C₄-PFN-miksaĵojn.
4. Ŝaltoperacio de Alternativaj Gazoj
Tabelo 3 kompilas provizoran informon pri la ŝaltoperacio de pura CO₂ kaj CO₂-bazaj miksaĵoj, kun la operacio de SF₆ por komparo. Per pligrandigo de la operacia premo relative al SF₆, la freŝa dielektra forto—uzata, ekzemple, kiel mezurilo por kapacitaj ŝaltoperacioj—povas esti alportita al la nivelo de SF₆.
Tabelo 3: Komparo de Ŝaltoperacio de Gazoj kaj Gazmiksaĵoj je Altaj Operaciaj Premoj kontraŭ SF₆ en Alta-Voltaj Aplikoj
| Gas | Funkciigxo Prezo [MPa] | Dielektra Forteco / pu | SLF-Performanco kontraŭ SF₆ / pu | |
| SF₆ | 0.6 |
1 | 1 |
1 |
| CO₂ | 0.8…1 | 0.5…0.7 | 0.5…0.83 | ≥0.5 |
| CO₂+C5-PFK/O₂ | 0.7…0.8 | Proksima al SF₆ | 0.8…0.87 | Proksima al SF₆ |
| CO₂/C4-PFN | 0.67…0.82 | Proksima al SF₆ | 0.83…(1) | Proksima al SF₆ |
En la reviziita literaturo, nur kvalitativaj deklaroj pri la komutadoperformo de C₄-PFN kaj C₅-PFK miksaĵoj povis esti trovitaj. Por CO₂, iuj kvantitatiaj komparoj estas haveblaj. Ĝenerale parolante, kun pura CO₂ je pli alta plenigapresso proksimume 1 MPa, oni povas atendi izoladon kaj mallonglinian eraron (SLF) interrompantan performon proksimume duono de tiu de SF₆.
Per aldonado de O₂ al CO₂ (kun miksimproporcioj ĝis 30%), povas esti antaŭvidita plibonoro de la SLF interrompanta performo kaj leta pligrandigo de la dielektra forto. Aldonado de C₄-PFN aŭ C₅-PFK al CO₂ ebligas dielektroan performon proksima al tiu de SF₆. Studoj raportas ke la SLF komutada performo de CO₂/O₂/C₅-PFK miksaĵoj estas proksimume 20% malpli ol tiu de SF₆. Kontraste, cirkuitŝtopiloj speciale adaptitaj por CO₂/C₄-PFN miksaĵoj pretendas atingi SLF performon kompareblan al SF₆.
Tamen, ankaŭ ekzistas studoj direktkomparantaj puran CO₂ kun CO₂/C₄-PFN kaj CO₂/C₅-PFK miksaĵojn sub identaj geometriaj kaj presaj kondiĉoj, kiuj montras similan proksimzonan (termal) interrompantan performon por CO₂ kun aŭ sen aldonoj. Per malgrandaj dizajnmodifoj aŭ modera derating, la novaj miksaĵoj sukcese pasis IEC testduty L90 (SLF) kaj T100 (100% fina eraro), indikante ke ilia komutada performo ne estas signife malpli bona ol tiu de SF₆. Tio ankaŭ estas demonstrita por la interrompa funkcio de la ŝtopilo.
Pliaj plibonoroj en la komutada performo per dediĉitaj dizajnoptimaligoj estas atendataj en la estonteco. Grava temo estas la toksikeco de gasoj post arkado. C₅-PFK kaj C₄-PFN estas kompleksaj molekuloj kiuj komencas disfali supre proksimume 650 °C en la okazo de C₄-PFN. Dum disfalo, tiuj molekuloj ne rekombinas en siajn originaĵstrukturojn sed formas pli malgrandajn fragmentojn. Disfallproportcio de 0,5 mol/MJ estas raportita por CO₂/O₂/C₅-PFK miksaĵoj sub alta-akurso interrompo. Por partaj elsendoj, la disfallproportcio estis observita esti pli ol unu ordo da grandeco pli malalta ol la supra valoro.
La disfallkomportiĝo de tiuj novaj gasoj ne estas direkte komparebla al tiu de SF₆, kiu disfalas plejparte pro kemaj reagoj kun ablatitaj kontaktmaterialoj kaj dusekmaterioj. Por la novaj gasoj, disfalo dum la eksploataperiode ne estas konsiderata kritika problemo, sed la gaskoncentro en la aparato devus esti monitorata aŭ periodike kontrolata. La plej toksikaj disfallproduktoj en alta-presaj aplikoj (t.e., miksaĵoj kun CO₂) estas CO kaj HF. Arkproduktoj de tiuj miksaĵoj estas konsiderataj havi toksikecon similan aŭ pli malaltan ol tiu de arkeksponita SF₆. Pro tio, manĝproceduroj similaj al tiuj uzitaj por arkeksponita SF₆ estas rekomenditaj.
Tamen, devas noti ke la supraj deklaroj estas bazitaj sur limigita scio pri la toksikeco de tiuj novaj gasoj. Pli da sperto estas bezonata pri la postarka toksikeco de potencialaj SF₆ alternativoj. Aliaj raportitaj zorgoj inkludas materialkompatiblecon (ekz. efektoj sur sigeliloj kaj grezoj), gazsiegelintegrecon, kaj gazmanĝprocedurojn. Konsekvence, ne devus atendi ke ekzistantaj alta-voltaj aparatoj operu sekure kun tiuj novaj gasoj sen taŭgaj dizajnaj aŭ materialaj modifoj.
Interne arktestoj estas faritaj kun ĉiuj miksaĵoj, kaj neniu serioza problemo estas raportita. La termokondukemeco de la miksaĵoj estas lete malpli bona ol tiu de SF₆, kio povas postuli moderan derating aŭ dizajnajn ajustojn por la akursoportkapablo. CO₂ vivtankcirkuitŝtopiloj jam akiris praktikan sperton, kun lanĉadoj komenciĝantaj kelkajn jarojn antaŭe, kaj CO₂-plenigitaj ŝtopiloj nun estas komerce haveblaj.
Alta- kaj meza-volta pilota instaladoj uzantaj C₅-PFK miksaĵojn sukcese funkciadas en Svislando kaj Germanio ekde 2015. Piloto projektoj uzantaj CO₂/C₄-PFN miksaĵojn estas planitaj aŭ en progreso en pluraj europaj landoj, inkluzive de 145 kV interne GIS en Svislando, 245 kV ekstere stromtransformilo en Germanio, kaj eksteraj 420 kV GIL sistemoj en UK kaj Skotlando.
5. Konkludoj kaj perspektivo
Publikigitaj informoj pri SF₆ alternativaj gasoj por komutadaplikoj estas reviziitaj. Je la nuna stadio, ĉi tiu esploro ankoraŭ estas en siaj fruaj fazoj kaj multe malpli vasta ol la jardec-longa korpuso de laboro pri SF₆. Haveblaj fabrikdatenoj indikas ke novaj gasoj — kiel C₅-PFK kaj C₄-PFN — estas viabla opcioj kiuj, kiam miksiĝas kun CO₂ kiel tamponogaz, povas partopliki la performon de SF₆, kvankam ili povas ne plene reprodukti ĉiujn kapablojn de SF₆.
Klavaj diferencoj kuŝas en la izolad- kaj interrompoperformo, kiel ankaŭ en la bolipunkto — kiu determinas la minimuman specifitan operaciantemperaturon de la ŝaltapparato. Malalta minimuma operaciantemperaturo (ekz. –50 °C) povas esti atingita per pura CO₂. Tamen, CO₂ ŝajnas havas ĝenerale pli malaltan interrompoperformon, precipe en rilato al la restitua voltajko pico tenaco kaj interrompokapablo, komparite al gazmiksaĵoj enhavantaj C₄-PFN aŭ C₅-PFK.
Avantaĝo de CO₂/C₅-PFK miksaĵoj super CO₂/C₄-PFN miksaĵoj estas ilia negligebla GWP (~1 kontraŭ 427/600 por C₄-PFN). Konverse, CO₂/C₄-PFN miksaĵoj ofertas pli malaltan minimuman operaciantemperaturon (proksimume –25 °C) kompare al CO₂/C₅-PFK miksaĵoj (proksimume –5 °C).
6. 40.5kV 72.5kV 145kV 170kV 245kV Morttank Vakuuma Cirkuitŝtopilo
Priskribo：
La 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, kaj 245kV morttank vakuumaj cirkuitŝtopiloj estas esencaj protektaj aparatoj por alta-voltaj energiosistemoj. Uzante vakuumon kiel ark-extinguish kaj izolada medio, ili posedas eksterordinaran ark-quenching kapablojn, rapide interrompante faŭltajn akursojn kaj efektive prevenante ark-reignicion por certigi stabilan operacion de la energiosistemo. La morttank dizajno ofertas kompakta piedprinto kaj robusta mekanika stabileco, faciligante instalon kaj mantenan. Ekipitaj kun altfidela resprings operacimekanismoj, tiuj cirkuitŝtopiloj havas mekanikan longevicon super 10,000 operacioj, liverante rapidajn kaj precizajn respondojn. Kun eksterordinara adaptiĝo al la medio, ili povas operaci stabile sub severaj eksteraj kondiĉoj. Vaste aplikitaj en substationoj, transmetlinioj, kaj aliaj scenaroj, ili provizas efikan kaj sekuran energiokomutan kontrolo kaj fidindan protekton tra diversaj volta-niveloj.
Ĉefa funkcia priskribo:
Efika arko ekstingado: Utiligas vakuecon por rapida kaj fidinda arko malŝtopado, evitante rebruligon.
Larĝa voltspaco: Disponigebla en valoroj de 40.5kV, 72.5kV, 145kV, 170kV, kaj 245kV por diversaj reto-aplikoj.
Robusta morta tanstakdesigno: Kompakta strukturo certigas mekanikan stabilecon kaj plisimpligas instaladon/mantenumon.
Fidinda operacio: Printempo-bazita operacimekanismo kun pli ol 10.000 mekanikaj daŭreco cikloj.
Plibonigita sigelado: Duobla sigel-flanĉdesegno ofertas akvometalan kaj gazmetalan protektadon, ideala por ekstera uzado.
